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미래의 에너지망에 빼놓을 수 없는 연료전지 장치

글쓴이 : 아이유켐 날짜 : 2022-07-28 (목) 09:09
미래의 에너지망에 빼놓을 수 없는 연료전지 장치

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<Bloom Energy Japan 주식회사 제품 / 파나소닉 주식회사 제품>

연료전지는 가정용 연료전지 ‘에네팜’의 보급 확대뿐 아니라 업무ㆍ산업용으로도 많이 이용되고 있다. 업무ㆍ산업용 연료전지는 용도에 따라 발전 용량도 수kW에서 수백kW까지 다양한 종류가 있다. 이미 다양한 장소에서 업무ㆍ산업용 연료전지가 활약하고 있다. 예를 들어, 전기가 끊어져서는 안 되는 공장, 공공시설, 병원ㆍ복지 시설 등에서는 사업 지속 계획(BCP)의 관점에서 도입이 이루어지고 있다.
도입이 이루어지고 있는 시설 중 하나로 데이터 센터가 있다. 인터넷용 서버 및 데이터 통신 등의 장치를 설치ㆍ운용하는 데이터 센터는 다양한 기업 및 개인의 데이터를 클라우드에 맡겨두고 있다. 이러한 중요한 기기 및 데이터를 지키기 위해, 데이터 센터에서는 정전에 대비하여 백업 전원을 필수로 한다. 정전되더라도 가스만 공급되면 계속해서 발전하는 연료전지는 이러한 장소에서도 활약할 수 있다.
사용할 때 CO2를 배출하지 않는 에너지로 기대를 받고 있는 차세대 신에너지 수소. 수소가 널리 활용되는 ‘수소 사회’를 구축하는 열쇠 중 하나가 수소를 사용하여 전기를 만드는 시스템을 가진 ‘연료전지’다. 전편에서는 가정용 연료전지 ‘에네팜’을 중심으로 그 장점과 카본 뉴트럴에 대한 공헌을 소개했다. 후편에서는 업무ㆍ산업용 연료전지의 현재 상황과 수소를 직접 이용하는 새로운 형태의 연료전지를 소개한다.

이오가스 및 수소의 직접적인 이용 등 
연료전지의 연료도 다양하다

업무ㆍ산업용 연료전지를 연료로 사용하는 것은 도시가스만이 아니다. 바이오가스 등을 사용함으로써 실질적으로 CO2 배출량을 0으로 만들 수도 있다. 예를 들어, 맥주 공장의 배수에서 유래한 바이오 메탄가스, 하수처리장에서 발생하는 소화가스, 음식 쓰레기 등 식품 폐기물에서 유래한 바이오가스 등, 원래는 폐기되는 것들을 가지고 가스를 정제하고, 그 가스를 연료로 사용하여 발전하는 연료전지도 도입되고 있다.

158a26f9a939493afcee397b0ad82d4b_시장4_사진1.jpg<바이오매스 가스를 연료로 사용하는 업무ㆍ산업용 연료전지>

또한 2016년부터 가스 개질 없이 직접 수소를 공급받아 발전하는 ‘순수소 연료전지’도 등장했다. 현재 용도에 따라 700W~100kW까지의 기기가 발매되었다. 도매 시장 및 공장, 온수 수영장, 숙박 시설 등에 납입한 실적이 있다.
그중에는 화학 공장에서 제조 공정의 분산물로 만들어지는 수소를 사용하여 운용되고 있는 순수소 연료전지도 있다. 2022년부터는 순수로 연료전지와 태양광발전, 축전지를 조합하여 공장에서 사용하는 전기를 100% 재생에너지로 만드는 시책도 시작되었다.

158a26f9a939493afcee397b0ad82d4b_시장4_사진2.jpg<순수소 연료전지, 태양광발전, 축전지를 조합한 자가발전 설비>

후쿠시마현 나미에쵸에서 수소를 제조하는 ‘후쿠시마 수소 에너지 연구 필드(FH2R)’가 가동되는 등, 수소 공급체인이 조금씩 구축되기 시작함에 따라, 앞으로는 순수소 연료전지의 이용이 확대될 것으로 생각된다. 후쿠시마현 나미에쵸의 휴게소 ‘나미에’에는 이러한 FH2R에서 제조한 수소를 연료로 사용하는 순수소 연료전지가 설치되어 있다. 이전에 스페셜 콘텐츠에서도 말한 것처럼, 2021년 7월부터 9월까지 열린 도쿄 올림픽에서는 성화의 연료로 FH2R에서 제조한 수소가 일부 사용되었으며, 도쿄 올림픽의 선수촌(하루미 플래그)에는 ‘순소소 연료전지’도 설치되었다.

158a26f9a939493afcee397b0ad82d4b_시장4_사진3.jpg<HARUMI FLAG 외관 완성 예상 CG와 수소 공급 개념도>

사업 지속ㆍ에너지 절약으로 ... 
다양한 장소에서 활약하는 연료전지

순수소 연료전지에 수소를 공급하는 방법도 다양하게 연구되고 있다. 이미 부지 내에 수소를 저장하는 탱크를 설치하고, 그곳으로부터 배관을 통해 연료전지로 수소를 공급하는 방법을 채용하는 순수소 연료전지가 많은 곳에서 가동되고 있다. 한편 하루미 플래그나 기타규슈시 수소 타운의 순수소 연료전지에서는 수소 스테이션을 통해 지하의 파이프라인을 통해 수소를 공급한다.

158a26f9a939493afcee397b0ad82d4b_시장4_사진4.jpg<후쿠시마현 나미에쵸 휴기소 ‘나미에’에 도입된 순수소 연료전지>

또한 후쿠시마현 나에쵸에서는 전선처럼 기둥에 수소 파이프라인을 통해 공급하는 실증이 이루어졌다. 또한 ‘수소 흡장합금’이라 불리는, 차갑게 식히면 수소를 흡수하고 가열하면 수소를 방출하는 성질을 가진 금속을 사용하여 수소를 운반하는 방법도 실증되었다. 
이러한 ‘수소 합장합금’의 카세트는 휴대용 난로에 사용되는 카세트 봄베와 같이 장기간 저장할 수 있기 때문에, 신호기용 백업 전원으로서 순수소 연료전지가 채용되는 사례도 생겨나고 있다. 앞으로는 수소의 공급 방법도 이용자의 니즈와 입지에 맞춰 다양해질 것이므로, 순수소 연료전지를 사용하기가 더 쉬워질 것으로 기대된다.

본고는 IRS글로벌이 최근 발표한 [글로벌 수소산업 전주기(全週期) 기술개발 동향과 대응사례 분석] 보고서의 주요내용을 요약, 정리한 것이다.


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